直接空冷机组建模与优化控制研究

发布时间：2020-04-01 22:21

【摘要】：火电厂直接空冷技术具有非常显著的节水效果,对于我国富煤缺水的“三北”地区具有非常重要的意义,因此在这些地区新增火电机组基本采用空冷技术解决水资源匮乏难题。然而在复杂的环境气象条件下,包括热风回流,夏季高温天气和轴流风机群抽效应等因素,直接影响到空冷机组大型轴流风机群的工作效率,在横向环境风的作用下,迎风空冷单元入口的空气流动变形比较严重,容易造成空冷单元风机入口温度升高,从而造成空冷单元换热能力低,风机耗电量高等不良效果。目前,传统的直接空冷系统轴流风机转速控制还保持着全部风机统一转速,持续向空冷凝气器提供冷空气进行换热的模式,但是研究发现,即使全部空冷单元轴流风机转速一致,但是在受到环境风不良影响的扰动下,每个空冷单元的换热效率存在高低相差很大的问题,并不能发挥轴流风机应有预期作用,从而导致电能的过度消耗。本文结合直接空冷机组工业运行特性,专注汽轮机背压与轴流风机群转速调节之间的理论与方法,并对如何实现直接空冷机组的优化控制策略展开深入研究。针对直接空冷机组轴流风机转速一致,不能有效节约电能这一问题,本文从温度场和流速场出发,将汽轮机背压和轴流风机群转速作为控制空冷岛运行的主要参数,在符合经济背压的前提下,提出一种基于温度场和流速场的空冷岛阵列计算模型,通过变工况热力计算,确定空冷单元工作效率与直接空冷机组温度场和流速场之间的关系,建立平均工作效率基准,根据每个空冷单元的实时情况,调高高效率空冷单元轴流风机转速,降低低效率空冷单元轴流风机转速,确保轴流风机的合理出力控制,让高效空冷单元承担低效空冷单元的负荷,避免所有轴流风机全部一个转速,造成换热效率低的不良影响,从而实现直接空冷系统轴流风机转速的优化控制,使得系统获得最佳运行效率,降低耗电量。针对直接空冷机组运行背压控制策略,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,数值模拟直接空冷机组轴流风机群工作环境的温度场和流速场,并采用聚类分析方法对轴流风机群阵列进行区域划分,通过对不同分区下的风机群进行转速调节,以机组背压作为衡量依据,分析不同分区下的直接空冷机组轴流风机群转速调节对机组背压的影响规律,进而寻求理想的分区调压策略。数值模拟实验结果表明,所提出的降低特定分区轴流风机转速的调压策略能够较好的降低机组背压,组合这些特定分区并同时降速调压,效果更好,为进一步的研究直接空冷机组调压策略提供理论基础。针对环境风作用下的直接空冷机组,受热风回流和轴流风机群的群抽效应的耦合作用,使得风机的冷却能力在不同区域发生不同变化,导致传统的背压控制策略耗电量增大,能效下降。现通过CFD方法,获得轴流风机群阵列布局下空气流场和温度场,计算得到不同风机转速下机组背压的变化情况,提出采用灰色差分微增量关联度方法,分析空冷岛风机群转速调节对机组背压影响的关联程度,并从单个空冷单元工作效率角度考虑调压问题。研究表明,并不是风机通风量越大,空冷单元翅片管束的换热效率越高,合理发挥高效空冷单元的作用,能够有效改善空冷岛的能效,达到节能目的,为深入研究空冷岛轴流风机优化控制提供理论和试验基础。
【图文】：

布置图,直接空冷机组,凝汽器,布置图

２．１．１直接空冷机组空冷凝汽器布置方式逡逑直接空冷机组主要由多个空冷单元按照一定顺序排列组合而成，其物理模逡逑型主体部分如图２－１所示，，主要由轴流风机，翅片管束，主蒸汽管道，支撑柱，逡逑挡风墙构成。逡逑４娜ｈ逡逑图２－１直接空冷机组凝汽器布置图逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｄｉｒｅｃｔ邋ａｉｒ邋ｃｏｏｌｅｄ邋ｃｏｎｄｅｎｓｅｒｓ邋ｌａｙｏｕｔ逡逑１４逡逑

示意图,空冷单元,直接空冷机组,示意图

２．１．１直接空冷机组空冷凝汽器布置方式逡逑直接空冷机组主要由多个空冷单元按照一定顺序排列组合而成，其物理模逡逑型主体部分如图２－１所示，主要由轴流风机，翅片管束，主蒸汽管道，支撑柱，逡逑挡风墙构成。逡逑４娜ｈ逡逑图２－１直接空冷机组凝汽器布置图逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｄｉｒｅｃｔ邋ａｉｒ邋ｃｏｏｌｅｄ邋ｃｏｎｄｅｎｓｅｒｓ邋ｌａｙｏｕｔ逡逑１４逡逑
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM621

【参考文献】